Uwe Faßhauer Lars Windelband

Beide Autoren arbeiten am Institut für Bildung, Beruf und Technik der Pädagogischen Hochschule Schwäbisch Gmünd:

Uwe Faßhauer ist Professor für Berufspädagogik mit den Arbeitsschwerpunkten Professionalisierung des Bildungspersonals in der beruflichen Bildung, Berufsorientierung im Übergang Schule-Beruf sowie regionale Berufsschulentwicklungsplanung. Kontakt: uwe.fasshauer@ph-gmuend.de

Lars Windelband ist Professor für Technik und ihre Didaktik mit den Arbeitsschwerpunkten allgemeine und berufliche Technikdidaktik, Wandel der Arbeitswelt sowie Veränderungen der Mensch-Maschine-Schnittstelle durch neue Technologien. Kontakt: lars.windelband@ph-gmuend.de

Abstract

Der Beitrag beschreibt die möglichen Auswirkungen der sich zz. vollziehenden technologischen Innovationen, die unter dem Schlagwort „Industrie 4.0“ subsumiert werden, auf die Professionalisierung der Lehrenden in den beruflichen Fachrichtungen der Metall- und Elektrotechnik. Zunächst wird eine Analyse der technologischen Veränderungen in ihren Auswirkungen auf die Berufsausbildung in den industriellen Metall- und Elektroberufen vorgenommen. Im Sinne des doppelten Praxisbezuges der Lehrerbildung hat dies unmittelbare Auswirkungen auf die Professionalisierung in allen Phasen. Exemplarisch wird zum einen ein Vorschlag auf Strukturebene und zum anderen ein konkretes hochschuldidaktisches Konzept im Kontext von „Lernfabriken“ diskutiert.

1  Auswirkungen von „Industrie 4.0“ auf die Ausbildung von Metall- und Elektroberufen

Die Implementierung von Industrie 4.0 betrifft mehr oder weniger alle Fachkräfte im produzierenden Gewerbe aber auch in anderen Sektoren. Eine der aktuellen Fragen ist, wie auf die damit verbundenen Herausforderungen in der Berufsbildung reagiert werden soll, um auch zukünftig die Aufgaben auf Facharbeitsebene mit hoher Qualität wahrnehmen zu können?

In der Vision von Industrie 4.0 werden die Informations- und Datenverarbeitungsprozesse in Unternehmen der gesamten Wertschöpfungskette mit den physischen Abläufen der Geschäftsprozesse zu neuen Angeboten und Diensten verknüpft (Bischoff, 2015). Bisher liegen solche Verknüpfungen nur in Ansätzen, in ausgewählten Produktionsstraßen oder besser in Teilprozessen vor (Hirsch-Kreinsen, Weyer, 2014). Darüber hinaus wird mit den Entwicklungen zur Industrie 4.0 ein Paradigmenwechsel in der Produktion verstanden. Die vormals starren Produktionsstrukturen sollen durch flexible Strukturen mit aktiven, autonomen, selbststeuernden Produktionseinheiten abgelöst werden (Soder, 2014).

Für Industrie 4.0 hat sich noch kein einheitliches Begriffsverständnis entwickelt, und wird in diesem Beitrag auf Basis einer empirischen Studie wie folgt definiert:

„Gegenstände von Industrie 4.0 sind physische Komponenten, sogenannte Objekte wie z.B. Werkzeugmaschinen, die durch die Integration von Rechnerleistung und einer Verbindung mit dem Internet sogenannte Cyber-Physische Systeme (CPS) bilden. Damit wird das Objekt zu einem intelligenten, aktiven Objekt, welches seine Umgebung wahrnimmt und beeinflusst. Basis zur Verknüpfung der Maschinen, Gegenstände und Räume bildet das „Internet der Dinge“, welches die interagierenden CPS mit der digitalen Welt vernetzt. Um dies zu erreichen, müssen die Objekte mit Kommunikationsmodulen ausgestattet werden, die es erlauben, Daten zu senden und/oder zu empfangen. Bei Industrie 4.0 geht der Vernetzungsgedanke weiter, in dem der gesamte Wertschöpfungsprozess einer Produktion von der Planung bis zur Verwertung des Produktes innerhalb und außerhalb des Unternehmens vernetzt wird. Dabei organisieren intelligente Maschinen selbstständig die Fertigungs- und Logistikprozesse. Über das Unternehmen hinaus werden Produktions- und Logistikprozesse künftig weltweit über das Internet verzahnt, um den Materialfluss zu optimieren. Der Mensch nimmt innerhalb von Industrie 4.0 eine zentrale Rolle als Lenker und Denker ein, die jedoch je nach Anwendungsfall differenzieren kann.“ (bayme vbm 2016)

Um konkrete Anhaltspunkte für eine Überarbeitung und Veränderung von Ordnungsmitteln für die berufliche Erstausbildung in den Metall- und Elektroberufen zu bekommen, wurden in einer Studie für den bayrischen Arbeitgeberverband bayme vbm die aktuellen Entwicklungen mittels berufswissenschaftlicher Untersuchungen analysiert. Folgende Aussagen aus den Erhebungen zeigen ein verändertes Bild bei der Umsetzung der Arbeitsaufgaben und in den Problemlösungsprozessen:

„Die Mitarbeiter müssen die komplexen Steuerungen verstehen, weil sich die bekannten und die einfachen Wenn-Dann-Beziehungen, die linearen Beziehungen hin zu multifunktionalen verändern. Die Steuerungslogik ist also so zu gestalten, dass Anlagen bei Problemen gewartet und repariert werden können, um sie in Funktion zu halten.“

„Die Mitarbeiter müssen die komplexen Steuerungsfunktionen verstehen und bei Bedarf eingreifen können. Dafür ist kein Programmieren notwendig, aber Mitarbeiter müssen feststellen können, woran es hakt, woher die Probleme kommen und was zu tun ist.“

Wenn Anlagen mit Industrie 4.0-Hardware eingesetzt werden, dann bekommen die Anforderungsprofile an die Facharbeiter und Techniker eine andere Ausrichtung. Aspekte der Vernetzung und ein Denken in vernetzten Systemen spielt eine immer wichtigere Rolle und es ist „ (…) bei der Optimierung der Wertschöpfungskette von der Software her zu denken und zu planen“. Dabei kommt es immer häufiger zu veränderten Arbeitsaufgaben wie den folgenden:

„Prozessparameter ermitteln können,

(das) Gefühl haben, welche Prozessparameter angepasst werden müssen und können, Prozesse über Messinstrumente dokumentieren (Oszilloskop) – Druck, Kräfte ...,

Daten für Prozesse sind vielfältig und müssen analysiert werden,

Daten müssen dokumentiert werden,

Techniker müssen in der Lage sein, alle Daten zu analysieren und zu optimieren,

Informatiker optimieren in der Regel keine Prozesse, das wird immer den Technikern überlassen.“

Um diese Aufgaben zu bewältigen, müssen unterschiedliche Systeme beherrscht werden, die unter den Schlagworten: Datenanalytik, kollaborative Robotik (objektorientiertes Programmieren) und echtzeitfähigem Computing (mit Hilfe von Cloud-Systemen) diskutiert werden. Wie genau sich dabei die jeweiligen Arbeitsaufgaben für die Mitarbeiter innerhalb der jeweiligen Arbeitsprozesse verändern, ist noch nicht immer eindeutig abzusehen. Dies ist auch entscheidend von der Ausgestaltung der Mensch-Maschine-Schnittstelle. Werden die Industrie 4.0-Technologien zukünftig so gestaltet sein, dass der Mensch (Facharbeiter) eine Mitgestaltungsmöglichkeit erhält. Bleibt ein wesentlicher Teil der Entscheidungen dem Mitarbeiter überlassen, womit Prozessoptimierungen, Eingriffe bei Störungen und Problemlösungen vom Menschen umgesetzt werden. Sollte dieser Raum für autonome menschliche Entscheidungen und Handlungsalternativen kleiner werden, dann werden die Entscheidungen zunehmend von automatisierten CPS getroffen werden.

Die Ergebnisse der bayme vbm Studie (2016) zeigen, dass die Facharbeiter in diesen immer komplexeren Systemen sehr gut arbeiten können und sehr flexibel aufgrund ihrer Qualifikation einsetzbar sind. Die Autoren der Studie halten neue Berufsbilder nicht für erforderlich. Sie fordern jedoch einen Perspektivwechsel mit einer Prozess- und Digitalisierungsperspektive, wobei die Vernetzung, die Digitalisierung der Prozesse und die Gestaltung intelligenter Arbeitsplätze im Mittelpunkt stehen müssen. Dieser Perspektivwechsel erzwingt bei der Überarbeitung der Metall- und Elektroberufe ein Vorgehen, das nicht einfach auf Ergänzungen um einzelne Inhalte setzt, sondern die Struktur der Berufsbilder neu ausrichtet. Strukturbildend wiederum sollten die Arbeitsprozesse sein. Die Neugestaltung der Metall- und Elektroberufe Mechatroniker/-in, Industriemechaniker/-in, Fachinformatiker/-in und Elektroniker/-in für Automatisierungstechnik sollte möglichst kurzfristig erfolgen, um ausreichend Fachkräfte für den weiteren Diffusionsprozess von Industrie 4.0 verfügbar zu haben. Diese Berufe haben heute schon eine gewisse Nähe zu den Industrie 4.0-Anwendungen und sollen mit dem Ziel überarbeitet werden, eine stärkere Ausrichtung der Berufsbilder auf Anforderungen durch Vernetzung, Softwarestrukturen, Datennutzung und Informatisierung umzusetzen. Eine zukunftsorientierte und innovative berufliche Bildung mit aktuellen Berufsbildern ist eine der Grundvoraussetzungen um sich den Herausforderungen von Industrie 4.0 stellen zu können.

Die hier knapp dargestellten tiefgreifenden Veränderungen (industrieller) Facharbeit im Kontext von Industrie 4.0 haben auch Konsequenzen für die Lehramtsausbildung in diesem Bereich. Diese hat im Sinne eines doppelten Praxisbezuges sowohl die unterrichtliche Praxis der Lehrenden an beruflichen Schulen als auch die berufliche Praxis der Lernenden zugleich als Ziel zu verfolgen. Im folgenden Abschnitt wird dies für die erste, hochschulische, Phase sowohl aus struktureller als auch hochschuldidaktischer Perspektive skizziert.

2  Spezifika der Lehrerbildung für technische Fachrichtungen – ein Strukturvorschlag

Das Tätigkeitsfeld von Lehrenden an beruflichen Schulen ist außerordentlich vielschichtig: Insbesondere durch ihre Komplexität und die Vielfalt der Bildungsgänge zeichnen sich die beruflichen Schulen gegenüber allgemein bildenden Schulen aus. In der Regel bieten berufliche Schulen sechs bis acht unterschiedliche Schulformen an. Bei einer durchschnittlichen Größe von ca. 75 Vollzeitlehrerstellen werden in mehreren Schulformen Bildungsgänge von der Berufsausbildungsvorbereitung und -grundbildung (DQR 1 und 2), über vollschulische und duale Ausbildungsberufe, oft in mehreren Berufsfeldern des Dualen Systems (DQR 3 und 4), bis hin zu studienqualifizierenden Bildungsgängen und Weiterbildungen (Fachoberschulen, Berufliche Gymnasien, Fachschulen für Techniker bzw. Meister, DQR 5 und 6) angeboten. In Baden-Württemberg und Bayern werden mittlerweile fast die Hälfte aller Hochschulzugangsberechtigungen über berufliche Schulen vergeben, mit steigender Tendenz auch in anderen Bundesländern. Hinzu kommen noch zahlreiche spezifische Zusatzangebote oder Sonderformen, wie zz. vor allem Integrationsklassen.

Diese Bildungsgänge sind curricular und hinsichtlich der Bildungsstandards und Zuständigkeiten unterschiedlich ausdifferenziert, folgen unterschiedlichen Zielperspektiven und richten sich an unterschiedliche Zielgruppen. So sind z.B. im Übergangsektor die Kooperationen mit abgebenden allgemein bildenden Schulen, Bildungsträgern, Betrieben und die regionale Vernetzung sowie innerschulisch mit Berufswegebegleitungen, Sozialpädago_ginnen etc. gefordert. Außerdem werden besondere Anforderungen an die Berufsorientierung, die Kompetenzdiagnostik, die Entwicklung von Förderplänen und den Umgang mit Vielfalt gestellt. Die duale Berufsausbildung wiederum erfordert auf hohem berufsfachlichen Niveau die Lernortkooperation mit Betrieben, die Umsetzung der lernfeldorientierten Curricula und die Bildungsgangentwicklung. In den ebenfalls sehr ausdifferenzierten Berufsfachschulen sind wiederum andere Formen der Lehrplanentwicklung, der Kooperation und der Lerngestaltung gefordert. Einige Berufsfachschulen haben inzwischen Kooperationen mit Fachhochschulen und übernehmen in Form von Doppelqualifikationen Teile der Bachelorausbildung. Hinzu kommt eine hohe Heterogenität der Zielgruppen nicht nur hinsichtlich der kulturellen, sozialen und sprachlichen Hintergründe, sondern auch hinsichtlich des Lebensalters sowie der bildungsbiografischen Zugänge. Die daraus sich ergebenden sehr hohen Anforderungen an die berufsfeldbezogene Fachkompetenz sowie methodische und diagnostische Kompetenzen zur Binnendifferenzierung werden zusätzlich überall dort verschärft, wo aufgrund regionaler Lagen auf dem Ausbildungsmarkt sehr kleine Fachklassen in den Berufsschulen des dualen Systems gebildet werden müssen. Diese benötigen sehr häufig berufs-, fachrichtungs- bzw. schwerpunkts- und jahrgangsübergreifende Lernkontexte. Für dieses hochkomplexe, ausdifferenzierte und vielfältige Tätigkeitsspektrum werden die Studierenden im Lehramt für berufliche Schulen wissenschaftlich qualifiziert und sind die kommenden Absolventinnen und Absolventen bereits von Anfang an im Studium vorzubereiten.

Dieses Studium für das Lehramt an beruflichen Schulen ist in Deutschland zwar in der Hoheit der Bundesländer. Diese haben sich im Rahmen der Ständigen Konferenz der Kultusminister (KMK) aber auf verbindliche Strukturen und inhaltliche Standards geeinigt. Dieses Standardmodell umfasst ein fünfjähriges universitäres Studium in der beruflichen Fachrichtung und in einem zweiten, i.d.R. allgemein bildenden Fach. An das Studium schließt sich dann ein i.d.R. eineinhalbjähriger Vorbereitungsdienst an. Innerhalb dieses Standardmodells gibt es Vorgaben über die minimalen und maximalen Anteile der fachwissenschaftlichen, fachdidaktischen und schulpraktischen Inhalte des Studiums. Sie sind in der Praxis zwar fast hochschulspezifisch in der unterschiedlichen Gewichtung und inhaltlichen Ausgestaltung ausdifferenziert, liegen aber innerhalb der ländergemeinsamen Rahmenvorgaben (Faßhauer, 2012). Im Rahmen dieses Standardmodells sind zukünftig die neuen Anforderungen aus dem Wandel der Arbeitswelt zur Industrie 4.0 umzusetzen. Da hierfür keine zusätzlichen zeitlichen Ressourcen in den Studiengängen zur Verfügung stehen, wird es darauf ankommen, bestehende Strukturen inhaltlich zu verändern oder auch unter Verzicht auf bisher obligatorische Anteile neue Elemente aufzunehmen.

Zu den Spezifika des Lehramts für berufliche Schulen ist weiterhin die inhaltsbezogen deutlich erhöhte Anforderung aufgrund der engen Bindung an das Beschäftigungssystem zu sehen, da sie die arbeitsorganisatorischen, technologischen und gesellschaftlichen Veränderungen zeitnah aufgreifen muss. Daraus ergibt sich insbesondere in Berufsfeldern mit hoher Innovationsdynamik im Kontext von Industrie 4.0 die Schwierigkeit, dem Lehrpersonal eine angemessene akademische Qualifikation zur Verfügung zu stellen. Unstrittig ist der Erwerb aktueller (auf dem Stand der Wissenschaft) angesiedelter berufsfeldbezogener Fachkenntnisse. Diese sind idealerweise sowohl an den praktizierten betrieblichen Arbeitsprozessen der Zielgruppen als auch den affinen Wissenschaftsdisziplinen curricular zu orientieren.

Aus den in Abschnitt 1 skizzierten Auswirkungen von Industrie 4.0 auf die Metall- und Elektroberufe können zumindest folgende Veränderungen und neue Themenstellungen für das Lehramtsstudium an beruflichen Schulen benannt werden:

Engeres Zusammenarbeiten der unterschiedlichen Fachrichtungen an gemeinsamen Fragestellungen zu Industrie 4.0 und Ergänzung um Schwerpunkte, die auf ein vernetztes Handeln und Denken bezogen sind.

Konsequenzen der Gestaltung der Mensch-Maschinen-Schnittstelle auf Mensch, Organisation und Gesellschaft (Assistenzsystem versus Automatisierungssystem).

Entwicklung und Erprobung von didaktischen Konzepte, die eine wirksame Umsetzung von Lern- und Arbeitsaufgaben nahe den realen Arbeitsprozessen innerhalb von Lernumgebungen (wie die Lernfabriken) gewährleisten. Hierzu zählt auch, Möglichkeiten und Grenzen von berufs- und fachdidaktischen Lernformen zur Förderung des selbstständigen und problemlösenden Lernens sowie Fragen der Gestaltungsorientierung ausführlich thematisieren zu können.

Nicht zuletzt rücken Gestaltung, Einsatz und Umgang mit digitalen Medien in den Vordergrund. Die sich zz. schnell entwickelnde Digitalisierung der Arbeitswelt wird schon mittelfristig in allen (!) beruflichen Fachrichtungen zu tiefgreifenden Veränderungen der Tätigkeiten und somit den Kompetenzanforderungen für die mittlere Qualifikationsebene der Unternehmen führen. Berufsbilder werden sich für die Aus- und Fortbildung verändern. Auch neue Berufe entstehen, wie im kaufmännischen Bereich der „Kaufmann/-frau im E-Commerce“ ab 2017. Auch wenn aus Perspektive der verschiedensten Akteure, Projekte und Initiativen in den Bereichen Industrie 4.0, Wirtschaft 4.0, Arbeit 4.0, Ausbildung 4.0 oder Berufsbildung 4.0 aktuell noch ein sehr heterogenes Bild entsteht, gilt es als sicher, dass Lehrer_innen in der beruflichen Bildung spezifische didaktische und methodische Konzepte benötigen. Die verstärkte Digitalisierung umfasst weiterhin das berufliche Lernen selbst, das in Aus- und Weiterbildung aber auch im Arbeitsprozess immer stärker auf digitale, interaktive und vernetzte Medien zurückgreift und angewiesen ist (Gensicke, Bechmann, 2016).

Um die vier genannten neuen Anforderungen in sinnvollem Umfang in der ersten, hochschulischen Phase, curricular verankern zu können wird es notwendig, den Verzicht auf das Studium in einem allgemein bildenden Zweitfach als dauerhafte und über bestehende Modellprojekte hinaus bundesweit anerkannte Option zu implementieren. Somit wäre das Standardmodell der Lehrerbildung für berufliche Schulen deutlich zu öffnen (Wittmann, Lang, 2016). Bisher gibt es bereits in wirtschaftspädagogischen Studiengängen die Möglichkeit, wirtschaftswissenschaftliche Anteile anstatt eines allgemein bildenden Zweitfachs zu studieren. Auch im Bereich der berufspädagogischen Studiengänge in den gewerblich-technischen Fachrichtungen gibt es zz. neben dem bereits etablierten Modell der „Sozial- und Sonderpädagogik an beruflichen Schulen“ an der Universität Hannover einzelne Modellversuche, in denen die Integration von didaktischen Querschnittsthemen wie Gestaltung inklusiver Bildung entwickelt und erprobt werden. Weiterhin sind an einigen wenigen Hochschulen Lehramtsstrukturen mit einer zweiten („affinen“) beruflichen Fachrichtung studierbar, die aber letztlich auch als Zweitfach strukturell verankert sind. Hinsichtlich der neuen Herausforderungen im Kontext von Industrie 4.0 ist jedoch eine Erweiterung und Vertiefung der fachwissenschaftlichen, arbeitswissenschaftlichen aber auch didaktischen und arbeitssoziologischen sowie bildungstheoretischen Inhalte in der beruflichen Fachrichtung notwendig, um die Komplexität und Interdisziplinarität des technologischen Wandels mit seinen Auswirkungen auf Arbeitsorganisation, Bildungsinhalte, Zusammenarbeit von Menschen und Robotern etc. erfassen zu können.

3  Integration von „Lernfabriken“ in die Lehrerbildung – ein hochschuldidaktischer Ansatz

Durch die aktuellen Entwicklungen der Unternehmen in Richtung Industrie 4.0 erhält das Konzept der Lernfabrik noch einmal eine ganz neue Bedeutung. Die Abbildung der immer komplexeren Arbeitswelt mit einer immer weiteren Vernetzung der Arbeitsprozesse bis zur Vernetzung der gesamten Wertschöpfungskette sind die Zielstellungen der Lernfabriken im Zeitalter von Industrie 4.0.

3.1  Lernfabriken als didaktisches Konzept für Berufsausbildung im Kontext von „Industrie 4.0“

Lernfabriken dienen in der Regel dazu, das für die Bewältigung von praxisrelevanten Arbeitsaufgaben benötigte Wissen und Können zu vermitteln. Aufgrund ihrer Nähe zu den betrieblichen Arbeitsaufgaben haben Lehr-Lern-Arrangements in Lernfabriken das Potenzial, die Lücke zwischen grundlegendem Theorie- und praxisgebundenem Erfahrungswissen zu schließen oder zumindest zu verkleinern (bayme vbm, 2016). Ziel ist es, die Lernenden zum kompetenten Arbeitshandeln in komplexen Zusammenhängen zu befähigen sowie arbeitsprozessbezogene Aufgaben mit einem Denken und Agieren in einer vernetzten Produktion zu simulieren. Dadurch ergeben sich einige Vorteile wie der ausgeprägte Praxisbezug mit einer Orientierung an realen Arbeitsaufgaben, die flexible Durchführbarkeit von Lernmodulen mit einem entwicklungslogischen Charakter sowie variable Lernzeiten mit einer berufsübergreifenden Aufgabenstellung in einer industrienahen Lernumgebung. Inwieweit die Umsetzung des Konzeptes einer Lernfabrik im Rahmen beruflicher Schulen vorangeschritten ist, kann nur vorsichtig abgeschätzt werden. Hierzu liegen bisher lediglich vereinzelte empirische Studien zur tatsächlichen Implementierung vor, wie bspw. eine Interviewstudie mit erfahrenen technischen Lehrkräften an beruflichen Schulen in sechs Bundesländern (Zinn, 2014). Sie kommt zusammenfassend zum Ergebnis, dass die technischen Lernräume an den beruflichen Schulen einen hohen Komplexitäts- und Realitätsgrad erreicht haben, und die zentralen didaktischen Bedingungen des Konzepts Lernfabrik umgesetzt werden.

Um nun beruflich qualifizierte Fachkräfte (auf der mittleren Beschäftigungsebene) auf die aktuellen und zukünftigen Anforderungen von Industrie 4.0 vorzubereiten, fördert das Ministerium für Finanzen und Wirtschaft in Baden-Württemberg die Einrichtung von 15 „Lernfabriken 4.0“ an Beruflichen Schulen im Land mit insgesamt 6,5 Mio. Euro. Eine Verstetigung der Förderung ist im Koalitionsvertrag der neuen Landesregierung ausdrücklich vorgesehen. Zielgruppen der „Lernfabriken 4.0“ sind einerseits Auszubildende in dualen Ausbildungsgängen der Fachbereiche Metall- und Elektrotechnik sowie Fachschülerinnen und -schüler der Technikerschulen. Andererseits sind sie über ausdrücklich eingeforderte Kooperationen mit betrieblichen und andern außerschulischen Partnern zur Entwicklung von regionalen KMU ausgelegt („Lernfabrik als Demonstrationszentrum für die mittelständische Wirtschaft“).

Die „Lernfabrik 4.0“ soll die Möglichkeit einer realitätsnahen bzw. didaktisch-reduzierten Abbildung von Fertigungsprozessen in einer Lernumgebung geben. Jedoch genauso soll die komplexe Arbeitswelt abbildbar sein. Sie wird dabei als ein Labor gesehen, das im Aufbau und in der Ausstattung industriellen Automatisierungslösungen gleicht und eine praxisnahe Vorbereitung auf die komplexen, vernetzten Produktionsprozesse liefern soll. In den Lernfabriken sollen ganz konkrete Werkstücke hergestellt werden, die vom ersten Entwurf bis zur Fertigung im gesamten Wertschöpfungsprozess bearbeitet werden. Ziel ist es, die Kundenwünsche sehr flexibel zu berücksichtigen, wie dies aktuell am Beispiel der Entwicklung und Produktion einer „Handyschale“ an der Berufsbildenden Schule in Göppingen umgesetzt wird. In den Lernfabriken sollen mehrere Schulen unterschiedlicher Berufsfelder miteinander kooperieren, sodass die vernetzte Produktion eines global agierenden Unternehmens nachgestellt werden kann. Die Schülerinnen und Schüler können in Projekten z.B. über eine Cloud standortübergreifend zusammen an den Projekten arbeiten (MFW, 2016). Dies aus dem Blickwinkel der gesamten Wertschöpfungskette und den dadurch entstehenden Anforderungen der unterschiedlichen Berufe, um auf ein domänenübergreifendes Arbeiten vorzubereiten.

Eine erste Handreichung zu Umsetzungsempfehlungen für Lehrkräfte der beruflichen Schulen aus Baden-Württemberg beinhaltet Szenarien, in denen Industrie 4.0 Technologien an handlungsorientierten Aufgabenstellungen aufgezeigt werden. Die Szenarien behandeln folgende Bereiche (Löhr-Zeidler et al., 2016):

Produktentwicklung und Produktionsplanung,

Flexible Fertigung,

Manufacturing Execution System,

Service und Instandhaltung,

Energiemanagement,

Vernetzung und Datensicherheit.

Die Szenarien der Handreichung beschreiben jeweils eine authentische Aufgabenstellung, mit der Verfahren und Technologien von Industrie 4.0 im Unterricht aufgegriffen und behandelt werden können. Es werden die angestrebten Kernkompetenzen beschrieben und in einem Schaubild die einzelnen Aspekte sowie die fachlichen Inhalte in Zusammenhang gebracht. Die Schnittstellen zu anderen Szenarien sowie die Verankerungen in den unterschiedlichen gewerblich-technischen Berufen werden ebenfalls aufgezeigt. Die Handlungsempfehlungen beschreiben zwar unterschiedliche Anforderungsbereiche und ein problemorientiertes Arbeiten und Anwenden komplexer Sachverhalte auf neue Problemstellungen, jedoch sind Aspekte der komplexen Einbettung in technisch-ökonomische-ethische und gesellschaftliche Zusammenhänge sowie Fragen der Veränderungen der Arbeitsorganisation und zu den Anforderungen der Mensch-Maschine-Gestaltung aus dem Blickwinkel der Facharbeit nicht zu erkennen. Folgende Ausbildungsberufe wurden aufgrund der größten fachlichen Berührungspunkte mit Industrie 4.0 in der Handreichung berücksichtigt: Industriemechaniker/-in, Produktionstechnologe/-technologin, Mechatroniker/-in, Elektroniker/-in Automatisierungstechnik bzw. Betriebstechnik, Fachinformatiker/-in sowie die Fachschulen für Metalltechnik,Elektrotechnik, Informationstechnik, Automatisierungstechnik und Mechatronik. Damit kommen die Autoren der Handreichung zu einer ähnlichen Schlussfolgerung wie die bayme vbm Studie (2016): es werden keine neuen Berufe für die Herausforderungen im Kontext einer „Ausbildung 4.0“ benötigt, jedoch besteht ein entsprechender Aktualisierungsbedarf bei den Berufen. Hier gehen die Autoren der bayme vbm Studie noch einen Schritt weiter:

„Es geht nicht nur um Veränderungen, um eine Anreicherung von Berufsbildern um Industrie 4.0-Inhalte, sondern es geht um deren Neuausrichtung mit einer Prozess- und Digitalisierungsperspektive, wobei die Vernetzung, die Digitalisierung der Prozesse und die Gestaltung intelligenter Arbeitsplätze im Mittelpunkt stehen müssen. Die aktuellen zukunftsoffenen Berufsbilder erlauben zwar Ergänzungen, aber nicht einen Perspektivenwechsel“ .

Insgesamt liegt z.Z. noch keine wissenschaftlich fundierte Bestandsaufnahme zur Implementierung und Evaluation dieser komplexen schulischen Lernumgebungen vor. Ebenso fehlen noch erprobte und evaluierte didaktische Konzepte, die eine wirksame Umsetzung von Lern- und Arbeitsaufgaben nahe den realen Arbeitsprozessen innerhalb der Lernfabriken gewährleisten. Diese Konzeptentwicklungen können vor dem Hintergrund der seit mehr als 15 Jahren umzusetzenden Lernfeldorientierung auf einen reichen Fundus einzelschulischer, aber eben kaum systematisierter und transferfähiger Erfahrung in der Gestaltung arbeitsprozessnaher, problemorientierter und möglichst selbstorganisierter (Gruppen-) lernprozesse verwiesen werden (Riedl, 2015).

Die notwendigen didaktischen Konzepte sollen zwar innerhalb der nun geförderten Lernfabriken 4.0 entwickelt werden. Hierzu fehlen in Baden-Württemberg durchaus noch spezifische Programme zur Unterstützung und Weiterqualifizierung der Lehrkräfte sowie eine systematische wissenschaftliche Begleitung des Gesamtprogramms zur nachhaltigen Sicherung und Reflexion der einzelschulischen Erfahrung und Verallgemeinerung des generierten didaktischen Wissens. Auch der Transfer zur Lehrerbildung wurde innerhalb der Förderung nicht ausdrücklich berücksichtigt, sondern dieser resultiert allein aus bereits existierenden Kooperationen. Damit wurde zunächst eine Chance vertan, die Lehrkräfte frühzeitig in der Lehrerausbildung an der Hochschule schon auf die neuen Herausforderungen vorzubereiten. Im abschließenden Abschnitt wird hierzu ein hochschuldidaktisches Konzept skizziert, dessen Erprobung an der PH Schwäbisch Gmünd derzeit geplant wird.

3.2  Hochschuldidaktischer Ansatz für die Lehrerbildung in technischen Fachrichtungen

Lernfabriken haben sich im Verlauf des letzten Jahrzehnts vor allem als Lernorte in einer praxisnahen Ingenieurausbildung an Hochschulen etabliert. Sie dienen von Anfang an als realitätsnahes Fabrikumfeld mit direktem Zugriff auf Produktionsprozesse und –bedingen nach industriellen Standards insbesondere in den Feldern der Produktionstechnologie und Automatisierungstechnik, also zentralen Bereichen einer „Industrie 4.0“. In diesen hochschuldidaktischen Konzepten sind problem- und handlungsorientiertes Lernen wesentliche Zielkategorien und es ergeben sich strukturelle Ähnlichkeiten mit Lehr-Lernprozessen der beruflichen Bildung. Eine Verknüpfung beider Bereiche an diesem spezifischen Thema könnte hinsichtlich der Lehramtsausbildung, die ja im Sinne eines doppelten Praxisbezuges sowohl die unterrichtliche Praxis der Lehrenden an beruflichen Schulen als auch die berufliche Praxis der Lernenden zugleich als Ziel zu verfolgen hat.

Lernfabriken stellen mehr dar als gewissermaßen vergrößerte und modernisierte hochschulische Lernlabore, die lediglich ein Heranführen an betriebliche Praxis leisten könnten. Sie sind vielmehr als komplexe Lehr-Lern- und Experimentierwelten zu sehen, in denen mit hohem Realitätsgrad Maschinen und Anlagen unterschiedlichste Produktionsprozesse und –planungen ermöglichen. So können reale betriebliche Prozesse simuliert und für den Aufbau von Fachwissen und –kompetenz erprobt sowie – idealer Weise – hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Arbeitsorganisation, Gestaltungsmöglichkeiten und subjektive Entwicklungspotenziale hin reflektiert werden. Mehr und mehr haben sich solche Konzepte von Lern- und Lehrfabriken auch als wichtiger Teil der Grundlagen- und anwendungsorientierten Forschung etabliert (exemplarisch: TUD 2016 sowie RWTH 2016).

In einem regionalen Verbund soll nun im Kontext der kooperativen Studiengänge B.Eng. /M.Sc. Ingenieurpädagogik der PH Schwäbisch Gmünd und der HS Aalen, deren Masterabsolvent_innen auch den Zugang zur zweiten Phase der Lehramtsausbildung („Referendariat“) erhalten, ein profilbildendes Modul für die Gestaltung von Lehr-Lern-Prozessen zu Industrie 4.0 entwickelt und erprobt werden. In Zusammenarbeit mit zwei beruflichen Schulen, an denen jeweils eine Lernfabrik implementiert und didaktisch-konzeptionell entwickelt wird (s.o), wird dies in dem bereits bestehenden und entsprechend zu adaptierenden fachdidaktischen Projektseminar im Masterstudium mit 10 LP curricular als problem- und forschungsbasiertes Lernen zu verankern (Zinn, Faßhauer, 2012). Dieses Projektseminar wird seit 2007 regulär in jedem Semester durchgeführt und prägt maßgeblich die Lernkultur im berufspädagogischen und technikdidaktischen Bereich des Masterstudiengangs Ingenieurpädagogik. Dies soll um eine berufsdidaktische Fokussierung erweitert werden. Die Intention der Lehrveranstaltung besteht darin, dass Studierenden unter Einbeziehung von externen Kooperationspartnern aus berufspädagogischen Tätigkeitsfeldern in anwendungsorientierten, realen Projekten integrativ ihre fachwissenschaftlichen, fach- bzw. berufsdidaktischen und pädagogischen Kompetenzen ausbauen und erweitern können. Die Kooperationspartner von beruflichen Schulen, Unternehmen und Bildungsdienstleistern bringen hierbei reale Aufgabenstellungen ein. Am Ende des Seminars stehen bspw. entwickelte und erprobte Lehr-Lernkonzepte, die als „Produkte“ einen realen Nutzen bei den Projektgebern realisieren. So bspw. ein Kurs zu Grundlagen der industriellen Automatisierungstechnik anhand einer modellhaften Sortier- und Verpackungsanlage als außerschulisches Workshopangebot der Gmünder Wissenswerkstatt für Schüler_innen der technischen Bildung.

Die fachliche, ingenieurwissenschaftliche Basis für die (Mitarbeit an) Entwicklungen fachdidaktischer Konzeptionen mit und für die Lernfabrik wird bereits im konsekutiven B.Eng. gelegt. Hier ist ab WS 16_17 ein spezifisch auf die Belange der Industrie 4.0 ausgerichtetes Modul zu Verfahren in der Präzisions- und Mikrofertigung (5 LP) verankert und im Kontext einer Lernfabrik durchgeführt. Abschließend folgt ein Seminar zum Verhältnis von Bildung und Technik. Hier werden Bildungsansprüche an die Gestaltungsfähigkeit von Technologien innerhalb von Industrie 4.0 und ihren Einsatz bzw. deren Wirkung innerhalb von Arbeitsprozessen vor dem Hintergrund von Bildungstheorien, Gestaltung von sozio-technischen Systemen, Mitgestaltungsmöglichkeiten der Fachkräfte sowie der Mensch-Maschine-Kooperation am Beispiel der Entwicklungen innerhalb von Industrie 4.0reflektiert.

Nach einer Entwicklungs- und Erprobungsphase könnte das neue Profilmodul zugleich für die Lehrerweiterbildung an der Hochschule geöffnet werden.

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